لیزرها، پیشرو در صنعت پردازش مواد
پردازش مواد لیزری، یکی از زمینه‌های اصلی کاربردهای لیزر (و به طور کلی‌تر کنترل نور لیزر) است که تأثیر اقتصادی بسیار قوی دارد. امروزه در طیف بسیار گسترده و متنوعی از تکنیک‌های ساخت صنعتی که شامل تولید انبوه کالاهای رایج و همچنین کاربردهای بسیار تخصصی می‌شود، استفاده از لیزر امری اجتناب ناپذیر است. چنین فرآیندهایی را می‌توان برای طیف گسترده‌ای از مواد، از جمله بسیاری از فلزات مختلف (از فویل‌های نازک گرفته تا ورق‌های ضخیم)، سرامیک، شیشه، پلیمرها (پلاستیک)، منسوجات، چرم، کاغذ و چوب به کار برد. اکنون در صنایع مختلف، طیف وسیعی از منابع لیزری و روش‌های پردازش مواد به کمک لیزر استفاده می‌شود که با تفاوت‌های قوی مربوط به خواص مواد مختلف (مانند قدرت جذب نور، سختی، دمای ذوب و تبخیر، هدایت حرارتی، تمایل به اکسید شدن و …) سازگار است. همین امر سبب محبوبیت لیزرها در افزایش بهره‌وری صنایع تولیدی مختلف شده است.
تولید لیزری یا پردازش مواد لیزری، یک دنیای بزرگ و جذاب است که برهم کنش نور و ماده را در یک سطح قابل مشاهده فراهم می‌کند. لیزر و استفاده آن در صنعت پردازش مواد انقلاب بزرگی در مکانیزه شدن صنایع تولیدی ایجاد کرده است. هم اکنون از میان منابع لیزری مختلف گازی و حالت جامد، لیزرهای فیبر نوری پیشرو صنعت پردازش مواد لیزری هستند. انواع روش‌های سنجش نوری در ابعاد میکروسکوپی و ماکروسکوپی، تداخل‌سنجی، ساخت افزایشی و ماشین‌کاری لیزری، از جمله کاربردهای متنوع لیزر در صنایع مختلف پزشکی، نفت و گاز، حمل و نقل، کشاورزی و غذایی، آب و هوا، خودروسازی، نظامی، هوا-فضا و بازیافت است.
به طور کلی می‌توان پردازش مواد لیزری را در دو دسته ساخت افزایشی و کاهشی جای داد. ماشین‌کاری لیزری که یکی از کاربردهای عمومی لیزرهای صنعتی است، به آن دسته از روش‌های پردازش مواد لیزری اشاره می‌کند که به صورت کاهشی (حذف مواد) عمل می‌کند. به عنوان مثال، برش لیزری، حفاری و سوراخ‌کاری لیزری، تمیزکاری لیزری، علامت گذاری لیزری و حکاکی لیزری انواع فلزات و مشابه آن، همگی از کاربردهای ماشین‌کاری لیزری هستند. سایر روش‌های پردازش مانند جوش لیزری و یا چاپ مواد فلزی و غیر فلزی در پرینترهای سه بعدی لیزری نیز از جمله روش‌های ساخت افزایشی لیزری( افزودن مواد) هستند. پردازش مواد لیزری با طیف گسترده‌ای از روش‌های سنتی و حتی مدرن رقابت می‌کند و ویژگی‌های جذابی را از خود نشان می‌دهد. در ادامه این مقاله به مزایای استفاده از لیزر در صنعت پردازش مواد خواهیم پرداخت.
مزیت‌های پردازش مواد لیزری در مقایسه با روش‌های سنتی
- در بسیاری از صنایع، مراحل ساخت و نتایجی که هیچ روش جایگزینی برای آن‌ها وجود ندارد، به کمک لیزر امکان پذیر شده است. برای مثال، امروزه کاربردهای مختلف در ریزماشین‌کاری با دقت فضایی بالا فقط توسط لیزرها صورت می‌گیرد. مثال دیگر پردازش مواد شفاف و یا بسیار شکننده است که پردازش آن‌ها با روش‌های معمول، غیرممکن و یا بسیار دشوار است.
- در بسیاری از موارد، لیزرها امکان ساخت، جوش و برش بسیار سریع و کارآمد را فراهم می‌کنند، که به ویژه برای تولید انبوه در خطوط تولید صنعتی بسیار مهم است.
- مزایای قابل توجهی از نظر کیفیت نتایج پردازش لیزری وجود دارد. به عنوان مثال، قطعات مینیاتوری را می‌توان با کیفیت سطح بالا و پردازش بدون تماس با استفاده از نور لیزر، از آلودگی با مواد ناشی از ابزارهای مکانیکی محافظت نمود.
- پردازش لیزری، از فرسودگی ابزارهای مکانیکی جلوگیری می‌کند. اگرچه منبع لیزر و سایر بخش‌های سیستم ممکن است نیاز به تعمیر و نگهداری داشته باشند، اما اغلب بسیار کمتر از سیستم‌های پردازش مکانیکی سنتی نیاز به حفاظت و نگهداری دارند. ضمن اینکه کنترل عملکرد سیستم لیزر می‌تواند هوشمند باشد و از خسارت‌های ناخواسته جلوگیری کند.
- انعطاف‌پذیری عالی سیستم‌های پردازش لیزری یکی از ویژگی‌های متمایز کننده این سیستم‌ها با سایر روش‌ها است. امکان تغییر و بهینه‌سازی پارامترهای مختلف نوری مانند طول موج، توان اپتیکی اعمال شده یا انرژی پالس، مدت زمان پالس و شکل زمانی، شرایط فوکوس و قطبش، به کاربر اجازه می‌دهد تا چندین پارامتر از این قبیل را به راحتی با کنترل کامپیوتری تغییر دهد.
- فناوری لیزر برای ادغام با سیستم‌های مدرن مناسب است. به عنوان مثال، خطوط تولید هوشمند بدون حضور نیروی انسانی شامل رباتیک و اتوماسیون، CAD و CAM (طراحی و ساخت به کمک رایانه)، به کمک لیزرها قابل ارتقاء بوده و علاوه بر کاهش خطرات جانی در محیط‌های خطرناک، به افزایش بهروه‌وری خطوط تولید نیز کمک می‌کند.
